Ingenieros de la Universidad de Massachusetts Amherst han desarrollado una técnica para recolectar electricidad de la humedad del aire, llamada “efecto Air-gen genérico”. Según un estudio publicado en Advanced Materials, cualquier material con nanoporos de menos de 100 nanómetros de diámetro se puede utilizar para generar electricidad de forma continua.
Los ingenieros describen el “efecto Air-gen genérico”: casi cualquier material se puede diseñar con nanoporos para recolectar electricidad rentable, escalable e ininterrumpida.
Investigadores de la Universidad de Massachusetts Amherst han descubierto un método para recolectar electricidad de forma continua a partir de la humedad del aire utilizando cualquier material con nanoporos de menos de 100 nanómetros, llamado “efecto Generic Air-gen”. Esta técnica escalable y no disruptiva allana el camino para una amplia gama de generación de energía continua y rentable a partir de una variedad de materiales, superando las limitaciones de las energías renovables dependientes del estado, como la solar y la eólica.
Un equipo de ingenieros de la Universidad de Massachusetts en Amherst demostró recientemente que casi cualquier material puede convertirse en un dispositivo que recolecte electricidad de forma continua a partir de la humedad del aire. El secreto está en poder rociar el material con nanoporos de menos de 100 nanómetros de diámetro. La investigación fue publicada en la revista Materiales avanzados.
“Es muy emocionante”, dice Xiaomeng Liu, estudiante graduado en ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst y autor principal del artículo. “Estamos abriendo una gran puerta para recolectar electricidad limpia de la nada”.
“El aire contiene una enorme cantidad de electricidad”, dice Jun Yao, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en UMass Amherst College of Engineering y autor principal del artículo. “Piense en una nube, que no es más que una masa de gotas de agua. Cada una de esas gotas contiene una carga, y cuando las condiciones son las adecuadas, la nube puede producir rayos, pero no sabemos cómo capturar la electricidad de manera confiable”. relámpago Lo que hemos hecho es crear una nube artificial a pequeña escala que genera electricidad para nosotros de una manera predecible y continua para que podamos cosechar.
Los nanoporos son el secreto para generar electricidad a partir del aire. Estos nanoporos dejan pasar las moléculas de agua y crean un desequilibrio de carga, formando esencialmente una batería que funciona mientras haya humedad. Crédito: Derek Lovley/Ella Maru Studio
El núcleo de la nube hecha por el hombre depende de lo que Yao y sus colegas llaman el “efecto Air-gen genérico”, y se basa en el trabajo que Yao y el coautor Derek Lovley, profesor emérito de microbiología en UMass Amherst, habían completado previamente. . en 2020, mostrando que la electricidad podría extraerse continuamente del aire utilizando un material especializado hecho de nanocables de proteína de la bacteria Geobacter sulfurreducens.
“Lo que logramos después de hacer el geobacteria El descubrimiento”, dice Yao, “es que la capacidad de generar electricidad a partir del aire, lo que entonces llamamos el ‘efecto Air-gen’, resulta ser genérico: literalmente no importa cual tipo de material puede recolectar electricidad del aire, siempre que tenga una determinada propiedad.
Esta propiedad ? “Debe tener agujeros de menos de 100 nanómetros (nm), o menos de una milésima parte del ancho de un cabello humano”.
Esto se debe a un parámetro conocido como “camino libre medio”, la distancia recorrida por una sola molécula de una sustancia, en este caso agua en el aire, antes de chocar con otra sola molécula de la misma sustancia. Cuando las moléculas de agua están suspendidas en el aire, su recorrido libre medio es de unos 100 nm.
“La idea es simple, pero nunca antes se había descubierto y abre todo tipo de posibilidades”. — junio yao
Yao y sus colegas se dieron cuenta de que podían diseñar un recolector de electricidad basado en este número. Este recuperador estaría formado por una fina capa de material rellena de nanoporos menores de 100 nm que permitirían el paso de moléculas de agua desde la parte superior a la inferior del material. Pero debido a que cada poro es tan pequeño, las moléculas de agua chocarían fácilmente contra el borde del poro al pasar a través de la capa delgada. Esto significa que la parte superior de la capa sería bombardeada con muchas más moléculas de agua portadoras de carga que la parte inferior, creando un desequilibrio de carga, como el de una nube, porque la parte superior aumentó su carga en comparación con la parte inferior. Esto crearía efectivamente una batería, una batería que funcionaría mientras hubiera humedad en el aire.
“La idea es simple”, dice Yao, “pero nunca antes se había descubierto y abre todo tipo de posibilidades”. La cosechadora se puede diseñar a partir de literalmente cualquier tipo de material, ofreciendo una amplia variedad de fabricaciones rentables y ambientalmente adaptables. “Puedes imaginar cosechadoras hechas de un tipo de material para ambientes de selva tropical y otro para regiones más áridas”.
Y dado que la humedad está en todas partes, la cosechadora trabajaría las 24 horas del día, llueva o truene, de noche y sople o no el viento, lo que resuelve uno de los principales problemas de tecnologías como la eólica o la solar, que solo funcionan bajo ciertas condiciones. condiciones. .
Finalmente, debido a que la humedad en el aire se difunde en un espacio tridimensional y el grosor del dispositivo Air-gen es solo una fracción del ancho de un cabello humano, varios miles de ellos pueden apilarse uno encima del otro, efectivamente. aumentando la cantidad. energía sin aumentar el tamaño del dispositivo. Tal dispositivo Air-gen sería capaz de entregar energía a nivel de kilovatios para el uso general de servicios públicos de electricidad.
“Imagínese un mundo futuro en el que la electricidad limpia esté disponible dondequiera que vaya”, dice Yao. “El efecto genérico Air-gen significa que este mundo futuro puede convertirse en una realidad”.
Referencia: “Efecto genérico de generación de aire en materiales nanoporosos para la recolección de energía sostenible a partir de la humedad del aire” por Xiaomeng Liu, Hongyan Gao, Lu Sun y Jun Yao, 5 de mayo de 2023, Materiales avanzados.
DOI: 10.1002/adma.202300748
Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias, el Grupo Sony, la Fundación Link y el Instituto de Ciencias de la Vida Aplicadas (IALS) en UMass Amherst, que combina la experiencia profunda e interdisciplinaria de 29 departamentos en todo el campus de UMass Amherst para traducir la investigación fundamental en innovaciones que benefician la salud y el bienestar humanos.
